分生組織的幹細胞維持涉及轉錄因子網絡、小肽訊號和表觀遺傳調控。
WUS-CLV 迴路的分子細節
Mayer et al.(1998, Cell 95: 805)鑑定了 WUS 為 SAM 幹細胞維持的關鍵轉錄因子。WUS 在 organizing center(OC,L3 下方數層細胞)表現,其蛋白經胞間連絲移動到 CZ 的 L1-L2 幹細胞中。Yadav et al.(2011, Genes Dev. 25: 2025)以 ChIP-seq 顯示 WUS 直接活化 CLV3、同時也抑制 type-A ARR(CK 訊號負調控因子),後者形成 CK 正反饋促進 WUS 表現(Leibfried et al., 2005, Nature 438: 1172)。CLV3 是 CLE 家族小肽,由 13 aa 的 CLE motif 經阿拉伯糖修飾後分泌,被 CLV1(LRR-RLK)和 CLV2/CRN(LRR-RLP/pseudokinase)複合體感知。
根尖 QC 的分子身份
WOX5 在 QC 中的功能與 WUS 在 SAM 中功能類似——wox5 突變體失去 QC 功能且幹細胞分化。Sarkar et al.(2007, Nature 446: 811)證明 WUS 可互補 WOX5 的功能,暗示 SAM 和 RAM 的幹細胞維持機制演化同源。PLT1/2(AP2-domain)由 auxin maximum 誘導(依賴 PIN 匯聚),其蛋白形成濃度梯度——PLT 的劑量效應(dose-dependent)決定根的四個發育區(幹細胞區 → 分裂區 → 伸長區 → 分化區)。Aida et al.(2004, Cell 119: 109)鑑定了 PLT 作為根幹細胞的 competence factor。
表觀遺傳與分生組織
PcG(Polycomb Group)蛋白在分生組織中抑制分化基因。CLF(curly leaf,H3K27me3 methyltransferase)突變體的分生組織過早轉變為花器官。KNUCKLES(KNU)蛋白在花器官分化時被 AG 誘導,取代 WUS 的表觀遺傳狀態——AG 結合 KNU 啟動子,但需要等待 PcG 在 KNU 上的 H3K27me3 被移除(Sun et al., 2009, PNAS 106: 22230),形成一個表觀遺傳計時器(約 2 天延遲),精確控制花分生組織的終止。
植物再生的分子基礎
組織培養中的 de novo 器官形成涉及 auxin → PLT/LBD → callus → CK → WUS reactivation → shoot regeneration。Ikeuchi et al.(2019, Mol. Plant 12: 1307)綜述了傷口誘導的 WIND1 轉錄因子和染色質重塑因子(如 CHD3 remodeler PKL)在再生中的角色。LEC2(LEAFY COTYLEDON 2)的異位表現可誘導體細胞胚發生(somatic embryogenesis),顯示植物細胞的全能性可被轉錄因子重編程。
文獻參考:Mayer, K.F. et al. (1998). Cell, 95, 805-815. / Aida, M. et al. (2004). Cell, 119, 109-120.
